电子时钟专业课程设计.doc

单片机课程设计

题 目： 电子时钟

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摘 要
针对数字时钟问题，利用8051单片机，proteus软件，vw(伟福)等软件，利用单片机中定时计数器T0,中止系统和按键控制实现了电子时钟设计。设计电子时钟经过数码管显示，并能经过按键设计实现小时和分钟调整。时间开启和暂停等等。

关键字：数字时钟；单片机；定时计数器

1 引言
时钟，自她发明那天起，就成为人类好友，但伴随时间推移，科学技术不停发展，大家对时间计量进度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟愈加好地为人类服务，怎样让我们老好友焕发青春呢？这就要求大家不停设计出新型时钟。
现金，高精度计时工具大多数全部使用了石英晶体振荡器，因为电子钟，石英表，石英钟全部使用了石英技术，所以走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要常常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码替换机械式传动，用LED显示器替换指针显示器，减小了计时误差，这种表含有时、分、秒显示功效，还能够进行时、分校对，片选灵活性好。
时钟电路在计算机系统中起着很关键作用，是确保系统正常工作基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面含义：一是指为保障系统正常工作基准震荡定时信号，关键由晶振和外围电路组成，晶振频率大小决定了单片机系统工作快慢；二是指系统标准定时时钟，及定时时间，它通常有两种方法实现：一是软件实现，即用单片机内部可编程定时/计数器来实现，但误差很大，关键用在对时间精度要起不高场所；二是用专门时钟芯片实现，在对时间精度要求很高情况下，通常采取这种方法。本文关键介绍用单片机内部定时计数器来实现电子时钟方法，以单片机为关键，辅以必需电路，组成了一个单片机电子时钟。
单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是指单片机和扩展存放器、I\O接口、外围扩展功效芯片和接口电路。软件系统包含监控程序和多种应用程序。
在单片机应用系统中，单片机是整个系统关键，对整个系统信息输入、处理、信息输出进行控制。和单片机配套有对应复位电路、时钟电路和扩展存放器和I\O接口，使单片机应用系统能够运行。
在一个单片机应用系统中，往往全部会输入信息和显示信息，这就包含键盘和显示器。在单片机应用系统中，通常全部依据系统要求配置对应键盘和显示器。配置键盘和显示器通常全部没有统一要求，有系统功效复杂，需输入信息和显示信息量大，配置键盘和显示器功效相对强大，而有些系统输入/输出信息少，这时可能用多个按键和多个LED指示灯就能够进行处理了。在单片机应用系统在中配置键盘能够是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器能够是LED指示灯，也能够是LED数码管，也能够是LCD显示器，还能够使用CRT显示器。单片机应用系统中键盘通常见比较多是矩阵键盘，显示器用比较多是LED数码管还有LCD显示器。
2 设计方案及原理
2.1 中止系统介绍
MCS-51单片机提供5个硬件中止源，2个外部中止源，2个定时计数器T0和T1溢出中止TF0和TF1，1个串行口发送TI和接收RI中止。
MCS-51单片机中没有专门开中止和关中止指令，对各个中止源许可和屏蔽是由内部中止许可寄存器IE各位来控制。中止许可寄存器IE字节地址为A8H，能够进行位寻址。系统复位时，中止许可寄存器IE内容为00H，假如要开放某个中止源，则必需使IE中总控置位和对应中止许可位置“1”。
MCS-51单片机有5个中止源，为了处理方便，每个中止源有两级控制，高优先级和低优先级。经过由内部中止优先级寄存器IP来设置，中止优先级寄存器IP字节地址为B8H，能够进行位寻址。假如某位被置“1”，则对应中止源被设为高优先级；假如某位被清零，则对应中止源被设为低优先级。对于同级中止源，系统有默认优先权次序，从高到低优先权次序为外部中止0、定时计数器T0中止、外部中止1、定时计数器T1中止、串行口中止。经过设置中止优先级寄存器IP能够改变系统默认优先级次序。
2.2 计数器定时器介绍
MCS-51系列中51子系列有两个16位可编程定时\计数器T0和定时\计数器T1。它由加法计数器、方法寄存器TMOD、控制寄存器TCON等组成。方法寄存器用于设定定时计数器T0和T1工作方法，控制寄存器用于对定时计数器开启、停止进行控制。
每个定时计数器既能够对系统时钟计数实现定时，也能够外部信号计数实现计数功效经过编程设定来实现。
定时计数器有四种工作方法，经过编程可设定工作于某种方法。四种工作方法为：13位定时\计数器、16位定时\计数器、8位自动重置定时\计数器、两个8位定时\计数器（只有T0有）。 每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出，使对应溢出位置位，溢出可经过查询或中止方法处理。
2.3 键盘和数码管介绍
键盘是单片机应用系统中最常见输入设备，在单片机应用系统中，操作人员通常全部是经过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单人机通信。键盘实际上是一组按键开关集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。键盘结构形式通常有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。矩阵式键盘工作方法有3种：查询工作方法、定时扫描工作方法和中止工作方法。
LED数码显示管在单片机应用系统中，常常见到LED数码管作为显示输出设备，LED数码管显示器即使显示信息简单，但它含有显示清楚、亮度高、使用电压低、寿命长、和单片机接口方便等特点，基础上能够满足单片机应用系统需要，所以在单片机应用系统中常常见到。LED数码管显示器是由发光二极管按一定结构组合起来显示器件。在单片机应用系统中通常使用是8段式LED数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种。所谓译码方法是指由显示字符转换得到对应字段码方法。对于LED数码管显示器，通常译码方法有两种：硬件译码方法和软件译码方法。LED数码管在显示时，通常有两种显示方法：静态显示方法和动态显示方法。在使用时能够把它们组合起来。在实际应用时，假如数码管个数较少，通常见硬件译码静态显示，在数码管个数较多时，则通常见软件译码动态显示。
2.4 设计思想
电子时钟是利用单片机内部定时器\计数器来实现，它处理过程以下：首先设定单片机内部一个定时器\计数器工作于定时方法，对机器周期计数形成基按时间，然后对基按时间计数形成秒，秒计60次形成份，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。然后经过数码管把它们内容在对应位置显示出来即可。
数码管显示能够采取静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂，时钟显示通常见6个或8个数码管。因为系统没有其它复杂任务处理，而且显示时钟信息随时全部可能改变，通常采取动态显示方法。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。
在具体处理时，定时器计数器采取中止方法工作，对时钟形成在中止服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。时间调整方法，设计了简单按键，能够经过按键实现时、分调整，在主程序中加入了键盘设置子程序。
用定时／计数器T0，工作于定时，采取方法1，对12MHZ系统时钟进行定时计数，形成定时时间为50ms，所以定时初值为15536(3CB0H)。用片内RAM7BH单元对50ms计数，计20次秒计数器78H单元加1，秒计数器加到60则分计数器79H单元加1，分计数器加到60则时计数器7AH单元加1，时计数器加到24则时计数器清0。然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管显示缓冲区，经过数码管显示出来。显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。
3 硬件设计

图2.1 硬件原理图1

图2.2 硬件原理图2

4软件设计
4.1 设计模块
程序分为4个部分：主程序，中止服务程序，显示程序，按键处理程序。
4.1.1 主程序
主程序设置显示缓冲区和定时计数器T0初始值，并开始计数，反复调用键盘扫描和显示子程序。步骤图3.1。

开始
显示缓冲单元0
调用扫描件键盘
装载计数初值
定时器0工作方法1
定时开始
调用显示子程序
开中止

图3.1 主程序步骤图

4.1.2 中止服务程序
定时计数器T0用于时间计时。选择方法1，反复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中止，在中止服务程序中用7BH对50ms计数，计20次则对秒单元(78H)加1，秒单元加到60则对分单元(79H)加1，同时秒单元清0；分单元加到60则对时单元(80H)加1，同时分单元清0；时单元加到24则对时单元清0，标志一天时间计满。中止服务程序步骤图图3.2
否
是
否
否
否
是
是
是
开始
现场保护，重置初值，开启下一个50ms定时
计数器加1
秒单元加1，计数器清0
是否满20
是否满60
分单元加1，秒单元清0
是否满60
时单元加1，分单元清0
是否满24
时单元清0
现场恢复
返回

图3.2 中止服务程序步骤图
4.1.3 显示程序
本系统共采取8个显示块，从右向左依次是秒各位、秒十位、横线、分各位、分十位、横线、时各位、时十位，分别连接P2.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0，对应显示缓冲区70H、71H、72H、73H、74H、75H、76H、77H。P2口作为位选线，P0口作为段码线，数码块为共阳极连接，采取动态显示方法。
4.1.4 按键处理程序
按键从上到下依次为K0、K1、K2，分别和P1.0、P1.1、P1.2相连接。按下K0键后，时钟停止计时，并进入小时调整状态，按K1或K2键可进行加1或减1操作，再按一次K0键，进入分钟调整状态，一样按K1或K2键可进行加1或减1操作，再按下K0键则恢复计时状态。
4.2 程序清单
ORG 0000H
LJMP START
ORG 000BH ;定时器/计数器T0中止程序入口
LJMP INTT0
START: MOV R0,#70H ;主程序
MOV R7,#0CH
INIT: MOV @R0,#00H
INC R0
DJNZ R7,INIT
MOV 72H,#0AH
MOV 75H,#0AH
MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0B0H
MOV TH0,#03CH
SETB EA
SETB ET0
SETB TR0
START1: LCALL SCAN
LCALL KEYSCAN
SJMP START1
DL1MS: MOV R6,#14H ;延时1MS子程序
DL1: MOV R7,#19H
DL2: DJNZ R7,DL2
DJNZ R6 ,DL1
RET
DL20MS: ACALL SCAN ;延时20MS子程序
ACALL SCAN
ACALL SCAN
RET
SCAN: MOV A,78H ; 数码管显示程序
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 71H,A
MOV 70H,B
MOV A,79H
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 74H,A
MOV 73H,B
MOV A,7AH
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 77H,A
MOV 76H,B
MOV R1,#70H ;循环扫描显示
MOV R5,#80H ;选通最右边第一个数码块
MOV R3,#08H
SCAN1: MOV A,R5
MOV P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DL1MS
INC R1
MOV A,R5
RR A
MOV R5,A
DJNZ R3,SCAN1
MOV P2,#00H
MOV P0,#0FFH
RET
TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH
;“0~9”,“-”共阳极字段码
INTT0: PUSH ACC ;定时器/计数器T0中止服务程序
PUSH PSW
CLR ET0
CLR TR0
MOV TL0,#0B0H
MOV TH0,#03CH
SETB TR0
INC 7BH
MOV A,7BH
CJNE A,#14H,OUTT0
MOV 7BH,#00
INC 78H
MOV A,78H
CJNE A,#3CH,OUTT0
MOV 78H,#00
INC 79H
MOV A,79H
CJNE A,#3CH,OUTT0
MOV 79H,#00
INC 7AH
MOV A,7AH
CJNE A,#18H,OUTT0
MOV 7AH,#00
OUTT0: SETB ET0
POP PSW
POP ACC
RETI
KEYSCAN: CLR EA ;按键处理程序
JNB P1.0,KEYSCAN0
JNB P1.1,KEYSCAN1
JNB P1.2,KEYSCAN2
KEYOUT: SETB EA
RET
KEYSCAN0: LCALL DL20MS
JB P1.0,KEYOUT
WAIT0: JNB P1.0,WAIT0
INC 7CH
MOV A,7CH
CLR ET0
CLR TR0
CJNE A,#03H,KEYOUT
MOV 7CH,#00
SETB ET0
SETB TR0
SJMP KEYOUT
KEYSCAN1: LCALL DL20MS
JB P1.1,KEYOUT
WAIT1: JNB P1.1,WAIT1
MOV A,7CH
CJNE A,#02H,KSCAN11
INC 79H
MOV A,79H
CJNE A,#3CH,KEYOUT
MOV 79H,#00
SJMP KEYOUT
KSCAN11: INC 7AH
MOV A,7AH
CJNE A,#18H,KEYOUT
MOV 7AH,#00
SJMP KEYOUT
KEYSCAN2: LCALL DL20MS
JB P1.2,KEYOUT
WAIT2: JNB P1.2,WAIT2
MOV A,7CH
CJNE A,#02H,KSCAN21
DEC 79H
MOV A,79H
CJNE A,#0FFH,KEYOUT
MOV 79H,#3BH
SJMP KEYOUT
KSCAN21: DEC 7AH
MOV A,7AH
CJNE A,#0FFH,KEYOUT
MOV 7AH,#17H
SJMP KEYOUT
END

总 结
针对电子时钟问题，利用单片机内部定时计数器T0计时功效以50MS为最小计时单位，进行计时，计20次为一秒，秒单元计60次为一分钟，分单元计60次为一小时，小时单元计24次为一天，每个单元计满则自动清0。单片机外部经过P2口和数码显示管连接，显示秒，分，时，同时还可经过按键调整时间。最终利用proteus软件仿真，并运行成功。在设计软件程序，编写论文过程中还存在部分不足之处，在以后学习中主动改善，深入掌握汇编语言编写技巧，熟练单片机硬件内容，更正缺点。

参 考 文 献
[1] 李华，王思明，张金敏.单片机原理及应用[J].兰州：兰州大学出版社,.
[2] 闫玉德，俞虹.MCS-51单片机原理和应用[J].北京：机械工业出版社，.
[3] 肖靖.单片机入门和试验设计[J].北京：北京航天航空大学出版社，.